JP2014209819A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で振動子を安定して加圧しつつ、被駆動体と振動子との間の摩擦力の低下を低減できる超音波モータを提供する。【解決手段】超音波モータが、被駆動体１０１と、各々が摩擦接触面１０２ｃを有する複数の突起部１０２ｃが設けられた振動板１０２と、振動板１０２に圧着された圧電素子１０３とを有する振動子１０４と、摩擦接触面１０２ｃを被駆動体１０１へ接触させて加圧する板バネ１１０および軸部材１０９を備える。振動子１０４は、超音波振動が励起されることで摩擦接触面１０２ｃに楕円運動を発生させて被駆動体１０１を回転駆動し、摩擦接触面１０２ｃは、被駆動体１０１に線接触する形状を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、駆動装置に関する。

レンズの駆動源として超音波モータを備える撮像装置が提案されている。超音波モータは、無音動作、低速から高速までの駆動が可能、高トルク出力といった特徴を有する。特許文献１は、振動子の駆動部に発生する楕円運動により被駆動体を駆動する超音波モータを開示している。

特許第４６６７８３９号公報

特許文献１が開示する超音波モータでは、振動子の中央付近に設定された、振動の節にあたる中立軸付近を、ホルダ部材、押圧部材を介して板バネにより付勢することで、振動子を被駆動体へ加圧する。振動子は、被駆動体に加圧された摩擦接触状態で超音波振動の励起により被駆動体を回転軸を中心に回転駆動する。

しかし、特許文献１が開示する超音波モータでは、長時間未使用状態で放置した直後に駆動しようとすると、被駆動体と振動子との間の摩擦力が低下するという課題がある。特に、高湿時には、摩擦力の低下は著しく、初期の半分以下まで低下してしまう。この対策として、振動子への加圧力を大きくすることが考えられるが、加圧力を大きくすると、駆動時の電力も増えてしまう。また、摩擦摺動面の耐久性も低下してしまうという課題がある。

本発明は、上記の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものである。本発明は、簡易な構成で振動子を安定して加圧しつつ、被駆動体と振動子との間の摩擦力の低下を低減できる超音波モータの提供を目的とする。

本発明の一実施形態の駆動装置は、被駆動体と、各々が摩擦接触面を有する複数の突起部が設けられた振動板と、前記振動板に圧着された圧電素子とを有する振動子と、前記摩擦接触面を前記被駆動体へ接触させて加圧する加圧手段とを備える。前記振動子は、超音波振動が励起されることで前記摩擦接触面に楕円運動を発生させて前記被駆動体を回転駆動する。前記摩擦接触面は、前記被駆動体に線接触する形状を有する。

本発明の超音波モータによれば、簡易な構成で振動子を安定して加圧しつつ、被駆動体と振動子との間の摩擦力の低下を低減することができる。

本実施形態の駆動装置の構成例を示す図である。 超音波モータの分解斜視図の例である。 振動子の拡大斜視図の例である。 超音波モータの拡大断面図を示す図である。 振動子の拡大斜視図の例である。 振動子の拡大斜視図の例である。

（実施例１）
図１は、本実施形態の駆動装置の構成例を示す図である。図２は、図１の超音波モータの分解斜視図の例である。なお、それぞれの図において同一部材は同一符号で図示される。本実施形態の駆動装置は、超音波モータである。図１、図２に示す例では、超音波モータは、デジタルカメラのレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した回転駆動型モータである。本実施形態の駆動装置は、撮像装置等の光学機器に適用可能である。

符号１０１は、被駆動体である。被駆動体１０１は、円環形状を有し、円環の中心を回転中心として回転駆動される。また、被駆動体１０１は、振動子１０４が摩擦接触する摩擦接触面１０１ａを備える。符号１０２は振動板である。符号１０３は、振動板１０２に接着剤などにより圧着された圧電素子である。

振動子１０４は、振動板１０２と圧電素子１０３とを備える。振動板１０２には、各々が摩擦接触面１０２ｃを有する複数の突起部が設けられている。摩擦接触面１０２ｃは、被駆動体１０１に線接触する形状を有する。この例では、摩擦接触面１０２ｃは、円環形状を有する。圧電素子１０３に電圧を印加すると、振動子１０４に超音波振動が励起されて、振動板１０２の摩擦接触面１０２ｃに楕円運動が発生する。この例では、３組の振動子１０４で被駆動体１０１を回転駆動する。なお、図１においては、説明の便宜上、３組の振動子１０４のうち１組のみに符号を付している。

符号１０５は、振動子１０４をリング部材１０８に対して保持する振動子保持部材である。符号１０６は、圧電素子１０３の振動を吸収するフェルトである。符号１０７は、フェルト１０６を保持するフェルト保持部材である。フェルト保持部材１０６は、振動子保持部材１０５の中央部に形成された開口部内に配置される。

符号１０８はリング部材である。リング部材１０８は、振動子保持部材１０５、軸部材１０９、板バネ１１０を保持する。符号１０９は、リング部材１０８の穴部に取り付けられる軸部材である。軸部材１０９は、摩擦接触面１０１ａに垂直な方向にのみ移動可能に保持される。軸部材１０９は、板バネ１１０により、フェルト１０６とフェルト保持部材１０７を介して、振動板１０２を被駆動体１０１に接触させて加圧する。

符号１１０は板バネである。板バネ１１０の両端部は、２本のビス１１１にてリング基台１０８へ固定される。これにより、板バネ１１０が、加圧力を発生する。すなわち、軸部材１０９と板バネ１１０が、振動板１０２の摩擦接触面を被駆動体１０１へ接触させて加圧する加圧手段として機能する。

上述した図１、図２に示す各部材が組み立てられ、超音波モータとしてユニット化される。なお、超音波モータは、撮像装置が備えるレンズ鏡筒などに組み込まれる構成を採る場合には、被駆動体１０１をフォーカスやズーム機構に連結して駆動する。

図３は、実施例１における振動子の拡大斜視図の例である。この例では、図３は、振動子１０４を被駆動体１０１側から見た場合の状態を示す。振動板１０２の中央の平板部１０２ａには、２か所の突起部１０２ｂが形成される。突起部１０２ｂの上端面、すなわち、ロータ１０１の摩擦接触面１０１ａと当接する摩擦接触面１０２ｃは、中央部に凹部１０２ｄを有する円環形状を有する。摩擦接触面１０２ｃの形状は、突起部１０２ｂを摩擦接触面１０２ｃに垂直な方向に沿って切ったときの断面において、複数に分離されていればよく、円環形状に限定されない。例えば、摩擦接触面１０２ｃの形状は、少なくとも、円環、楕円環、多角形環のうちのいずれかであってもよい。

２か所の摩擦接触面１０２ｃは、平板部１０２ａの長手方向中央に均等に並んだ状態で配置され、同一面で形成される。なお、摩擦接触面１０１ａとの当接状態を良好にするため、製造時には研磨工程などにより均一な面に仕上げられる。

一方、平板部１０２ａの裏面側には、圧電素子１０３が接着剤などにより圧着されている。圧電素子１０３は、複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。例えば、本実施例の超音波モータを備える撮像装置の制御部（不図示）が、圧電素子１０３に接合されたフレキシブルプリント基板（不図示）を介して、所望の交流電圧を印加し、振動板１０２に加圧方向と駆動方向の２つの振動モードを励起する。このとき、制御部が、２つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、摩擦接触面１０２ｃには楕円運動が発生する。３か所の振動子１０４で楕円運動を発生させ、被駆動体１０１の摩擦接触面１０１ａに伝達することで、被駆動体１０１を回転駆動させることが可能となる。

なお、圧電素子１０３の積層構造や振動モードに関する詳細は、特許文献１に記載されている内容と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、本実施例では圧電素子１０３を積層型として説明したが、単板型を用いてもよい。圧電素子１０３により振動板１０２で発生する設計上の楕円運動は、摩擦接触面１０２ｃの中央、すなわち凹部１０２ｄの中央で発生するが、実際に被駆動体１０１と接触するのは円環状の摩擦接触面１０２ｃとなる。したがって、理想的な楕円運動が発生する摩擦接触面１０２ｃの中央からずれた位置で接触することとなる。しかし、摩擦接触面１０２ｃは中央からの距離が僅かであるため、摩擦接触面１０２ｃ上で発生する楕円は、中央の楕円とほぼ同等であり、性能上問題ない。

図３の説明に戻る。振動板１０２の両端には振動子保持部材１０５と接合するための２か所の接合部１０２ｅが形成されている。そして、振動板１０２は、接合部１０２ｅにおいて、溶接や接着などにより振動子保持部材１０４に接合される。接合部１０２ｅと平板部１０２ａとの間には、２か所の腕部１０２ｆが形成されている。腕部１０２ｆを介して、振動子１０４が振動子保持部材１０５に固定される。腕部１０２ｆは、図３に示すように、平板部１０２ａや接合部１０２ｅより十分に細い形状を有する。これにより、平板部１０２ａに発生する振動が接合部１０２ｅに伝達しにくくしている。つまり、振動子保持部材１０５は、平板部１０２ａに発生する振動を阻害しないように連結する機能を有する。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例の超音波モータの拡大断面図を示す。図４（Ａ），（Ｂ）では、３か所の振動子１０４のうち、１か所のみを拡大している。なお、残りの２か所の振動子についても同様の構成であるため説明は省略する。

図４（Ａ）は、振動板１０２の２か所の突起部１０２ｂの中心を結ぶ線を含む断面を示す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の超音波モータに直交し、２つの突起部１０２ｂのうち一方の中心を通過する線で超音波モータを切ったときの断面図である。

図４（Ａ）中の符号２０１は、振動板１０２の２か所の突起部１０２ｂからの距離が等しく、ロータ１０１に直交する中心線である。また、図４（Ｂ）中の符号２０２は、突起部１０２ｂの中心を通過し、ロータ１０１に直交する中心線である。

突起部１０２ｂの摩擦接触面１０２ｃは、被駆動体１０１の摩擦接触面１０１ａと当接し、摩擦接触状態にある。また、振動板１０２には、圧電素子１０３が接合され、また、両端の接合部１０２ｅにおいて、振動子保持部材１０５と接合されている。そして、圧電素子１０３に所定の電圧を印加することで、突起部１０２ｂの摩擦接触面１０２ｃには図４（Ａ）に示すような楕円運動が生じ、被駆動体１０１を回転することが可能となる。

ここで、１つの摩擦接触面１０２ｃに注目すると、中央部に凹部１０２ｄが形成されているため、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、摩擦接触面１０２ｃが、２つに分離されている。特に、図４（Ｂ）に示す断面を参照すると、摩擦接触面１０２ｃが、幅Ａの間隔を隔てて分離されているので、駆動中に図中左右方向に傾斜することなく、安定した加圧状態を保つことができる。

振動子保持部材１０５の中央付近には開口部が形成され、フェルト１０６、フェルト保持部材１０７が、この開口部内に入り込むように配置されている。振動子保持部材１０５は、リング部材１０８の穴部に嵌合して位置決めされ、中心線２０１方向に移動可能な構成を有している。また、フェルト保持部材１０７は、振動子保持部材１０５の穴部に嵌合して位置決めされ、中心線２０１方向に移動可能な構成を有している。

フェルト保持部材１０７の上側中央付近には、図４（Ａ）中の符号２０３で示す円を紙面奥行方向に押し出した円筒形状の一部の面で形成された凸部１０７ａが設けられている。そして、軸部材１０９の上端平面部が凸部１０７ａに接触している。したがって、図４（Ａ）においては、凸部１０７ａと軸部材１０９の接触は点接触となり、円２０３の中心を回転中心として傾斜可能である。振動子保持部材１０５は、リング部材１０８の穴部に嵌合して位置決めされているため、嵌合ガタの範囲でわずかに傾斜可能である。したがって、駆動方向には、ほぼガタなしで振動子を保持し、被駆動体１０１の摩擦接触面１０１ａの面に追従可能である。なお、図４（Ｂ）においては、凸部１０７ａが円筒面で形成されているため、凸部１０７ａと軸部材１０９の接触は線接触となり、傾斜しにくい。

軸部材１０９は、リング部材１０８の中央付近に形成された穴部に嵌合し、中心線２０１方向にのみ移動可能に保持される。軸部材１０９の上側の凸部には、板バネ１１０が加圧変形した状態で接触している。板バネ１１０は、その両端部をビス１１１によってリング部材１０８に固定される。そして、板バネ１１０の変形による加圧力を、軸部材１０９、フェルト保持部材１０７、緩衝材１０６を介して、振動子１０４を被駆動体１０１へ加圧することが可能である。なお、板バネ１１０は、形状を円弧に沿うような形とし、できるだけ長く薄い板材で形成し、バネ定数を小さくするようにしている。これにより、部品の誤差が生じた場合でも、加圧力のばらつきを小さく抑えることが可能となる。

本実施例においては、振動板１０２の摩擦接触面１０２ｃを円環形状としている。これは、長時間放置における摩擦力の低下を低減するためである。長時間放置時の摩擦力低下の原因は、空気中の水分が摩擦接触面１０２ｃの界面に付着し、界面に広がることが原因と考えられている。一般的に、振動板１０２の摩擦接触面の形状としては、円形や矩形などの全面接触を用いることが多い。全面接触の場合、理論的には全面が均等に接触することとなるが、実際には摩擦接触面の一部のみが強く接触し、その他の領域は弱く接触している状態となる。すなわち、振動板１０２の摩擦接触面は、接触面内で圧力にムラが生じた状態で接触していることとなり、接触面内の圧力が小さい部分から水分が侵入しやすく、一度侵入した水分が毛細管現象により全面に広がってしまう。

一方、摩擦接触面１０２の形状を円環形状とすると、被駆動体１０１と振動板１０２とが、円での線接触をする。線接触は、全面接触に比べて、接触面積が小さくなるため、接触部分の圧力も高くなる。したがって、水分が侵入しにくくなる効果がある。また、被駆動体１０１と振動板１０２とが線接触するので、水分が侵入した場合でも、毛細管現象により広がる可能性も低い。

以上説明したように、本実施例では、図４（Ｂ）に示す断面において振動子１０４が傾斜せず安定して加圧するために、幅Ａを隔てた摩擦接触面１０２ｃを設けるようにした。さらには、放置時の摩擦力低下の対策として、摩擦接触面１０２ｃをおおよそ線接触となるように円環形状とした。これにより、簡易な構成で振動子を安定して加圧しながらも被駆動体と振動子の摩擦力低下を低減することができる。なお、この例では、超音波モータは回転駆動型であるが、本実施例の構成は、直線駆動型の超音波モータにも適用することができる。

（実施例２）
次に、実施例２の駆動装置について説明する。図５は、実施例２において超音波モータが備える振動子の拡大斜視図の例である。実施例２においては、摩擦接触面１０２ｃが、４つの溝部によって、摩擦接触面１０２ｃ−１乃至１０２ｃ−４からなる円環の一部の形状に分離されている。

摩擦接触面１０２ｃが溝部で複数に分離されているので、毛細管現象による水分の広がりを止めることが可能となる。したがって、摩擦力低下をより低減することができる。

（実施例３）
次に、実施例３の駆動装置について説明する。図６は、実施例３において超音波モータが備える振動子の拡大斜視図の例である。実施例３では、摩擦接触面１０２ｃが、２つの摩擦接触面１０２ｃ−５、１０２ｃ−６に幅Ａの間隔を隔てて分離されており、当該２つの摩擦接触面で被駆動体１０１と線接触する。摩擦接触面が、所定の間隔を隔てて分離された２面からなるので、被駆動体１０１と接触する摩擦接触面の面積を必要最低限に小さくすることができる。したがって、加圧した場合における摩擦接触面内の圧力が高くなり、より水分が侵入しにくくなる。

１０１ 被駆動体
１０２ 振動板
１０２ｃ 摩擦接触面
１０３ 圧電素子
１０４ 振動子
１０５ 振動子保持部材
１０６ フェルト
１０７ フェルト保持部材
１０８ リング部材
１０９ 軸部材
１１０ 板バネ
１１１ ビス

Claims (8)

1. 被駆動体と、
   各々が摩擦接触面を有する複数の突起部が設けられた振動板と、前記振動板に圧着された圧電素子とを有する振動子と、
   前記摩擦接触面を前記被駆動体へ接触させて加圧する加圧手段とを備え、
   前記振動子は、超音波振動が励起されることで前記摩擦接触面に楕円運動を発生させて前記被駆動体を回転駆動し、
   前記摩擦接触面は、前記被駆動体に線接触する形状を有する
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 各々の前記突起部が有する前記摩擦接触面は、前記突起部を前記摩擦接触面に垂直な方向に沿って切ったときの断面において、複数に分離されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記摩擦接触面は、環形状を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記摩擦接触面の形状は、少なくとも、円環、楕円環、多角形環のうちのいずれかである
   ことを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記摩擦接触面は、円環である
   ことを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記摩擦接触面は、所定の間隔を隔てて分離された２面からなる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
7. 前記摩擦接触面は、前記摩擦接触面を複数に分離する溝部を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 前記振動子を保持する保持部材を備え、
   前記振動板の両端に、前記振動板を前記保持部材に接合する接合部が設けられており、
   前記振動板と前記接合部との間に、前記振動板および前記接合部の幅より細い幅を有する腕部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の駆動装置。

Images